PC构件蒸养制度的建立与优化

刘洋 袁继东 高名扬 王靖鑫

【摘要】在预制构件生产过程中，提高预制构件的早期强度能缩短脱模周期，提高模具周转率和生产效率，文章对C30混凝土在不同的蒸养条件下，混凝土强度受不同的温度随时间变化的影响程度，根据检测不同条件下的混凝土强度指标以及混凝土表观质量，分析并确定适合C30混凝土蒸养参数。

【关键词】预制构件; 混凝土; 蒸养参数; 早期强度

【中国分类号】

TU755.7【文献标志码】A

伴随着我国经济实力的提升和城镇化建设的日益加快，建筑工业化产业迅速发展，装配式预制构件广泛应用于各建筑领域。在装配式预制构件的生产中，由于钢模具的制作成本较高，生产企业难以大量持有，从而通过提高混凝土的早期强度、将预制构件的拆模时间提前、加快模具的周转速率、降低模具的分摊成本成为很多预制构件生产企业提高效益的关键[1]。本文根据现有原材料，通过正交试验选择合适的水胶比，砂率以及矿物掺合料用量，从而使混凝土配合比得以优化。通过检测不同蒸养條件混凝土各龄期的抗压强度，分析比较确定合理的蒸养制度。

1 实验

1.1 混凝土原材料及配合比的选择与确定

混凝土原材料宜选择固定生产厂地，确保材料稳定性，不宜随意变动。采用的原材料包括水泥（C）、粉煤灰（FA）、粗细骨料、高效减水剂等。水泥选用P·O 42.5R普通硅酸盐水泥（表1），FA为Ⅱ级粉煤灰，需水量98 %，28 d活性指数78 %。减水剂为某减水剂母料厂生产供的聚羧酸高性能减水剂，减水率为26 %，细集料为普通河砂，细度模数Mx=2.6，含泥量5.9 %。粗集料为卵碎石，粒径为5～26.5 mm，压碎指标9.5 %。

1.2 试件的成型和养护方案

根据表2的基准配合比，采用HJW-60单卧轴强制式混凝土搅拌机进行搅拌，搅拌时间3 min，测试坍落度后振动成型，坍落度控制（160±20） mm，试件尺寸为100 mm×100 mm×100 mm，随后室温25 ℃下静养，然后放入蒸养室内，升温（升温速度15～20 ℃/h），（60±5） ℃恒温，降温，各阶段时间由试验确定。随后蒸养结束后拆模，检测拆模强度和标准养护下的3 d、7 d、28 d强度。

1.3 试验方法

按照GB/T50081-2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》测定混凝土的抗压强度。

1.4 正交试验设计

根据蒸养工艺的特点，探究水胶比、砂率、矿物掺合料对混凝土强度的影响，分别记做A、B、C。制备了三因素三水平的正交试验表。因素水平表见表3。

本试验为三水平三因素，常用正交试验表为三水平四因素，我们保持用水量不变，选用L9（34）正交试验表得出试验表得出以下试验（表4、表5）。

试验结果分析：利用极差分析法对上述结果进行分析。

由表5可得出：A1是A因素的最优解，B2是B因素的最优解，C1是C因素的最优解，得出的最优组合是水胶比0.39，砂率38 %，矿物掺合料10 %。影响因素A>C>B，即

水胶比对蒸养混凝土强度影响最大，矿物掺合料掺量次之，砂率影响较小。最终C30优化配比见表6。

2 蒸养制度的建立

蒸养制度分为静停阶段—升温阶段—恒温阶段—降温阶段。蒸养制度是在混凝土构件浇筑完毕后，在高温、高湿的蒸气作用下，使构件快凝、早强，达到脱模和放张要求，缩短模具周转、混凝土养护时间，从而提高模板、台座周转率，加快构件预制速度的一种有效的施工工艺。

2.1 静停阶段对强度的影响

静停阶段又称预养阶段。此阶段指的是混凝土构件浇筑成型后至正式供给蒸汽前在常温下静养的时间。静养为2～3 h，静养时间的养护温度为20～25 ℃。这一阶段主要是使混凝土中水泥有一个比较充裕的水化时间，使混凝土形成一定的结构强度，以抵抗蒸汽的热胀作用，避免蒸汽养护时在构件表面出现裂缝和疏松现象。试验试块预养时间分别采用1 h、1.5 h、2 h，升温2 h，60 ℃恒温8 h，降温2 h，蒸养养护后立即脱模，测脱模强度，之后测在标准养护室3 d、7 d、28 d强度，相关数据见表7、图1。

由图1可以看出，随着预养时间的延长混凝土前期的抗压强度逐渐升高，后期强度增幅不大，2 h的预养时间混凝土强度增长最好，1 h和1.5 h下混凝土脱模强度较低，原因是1 h和1.5 h预养时间下混凝土处于塑性状态，尚不具有足够强度抵抗蒸养状态下水和汽的热胀作用，破坏内部结构，使得内部孔隙增加，影响密实度，导致强度降低。由强度发展可看出蒸养条件下混凝土静养时间宜大于2 h。

2.2 升温阶段对强度的影响

升温阶段是通入蒸汽达到恒温温度的时间。通过不同的升温速率30 ℃/h、15 ℃/h、10 ℃/h达到（60±5） ℃，测定不同升温速率和时间下，混凝土脱模强度、3 d、7 d、28 d强度，相关数据见表8、图2。

由图2中数据可得升温速率提高加速了水泥水化过程，30 ℃/h脱模强度和3 d、7 d抗压强度均高于15 ℃/h和10 ℃/h，后期强度15 ℃/h和10 ℃/h强度高于30 ℃/h，较高的升温速度能促进水泥和矿物掺合料的水化反应，促进强度的发展，但同时也会加剧汽水的热胀作用，影响混凝土后期强度。因此升温速度不能太快，综合考虑升温速率15 ℃/h，升温时间宜选于2 h。

2.3 恒温阶段对强度的影响

恒温阶段是混凝土经过升温后，维持定温的一段蒸养时间，恒温时间长短很重要，根据其他条件不变的，维持恒温7 h、8 h、9 h，测定混凝土试件脱模、3 d、7 d、28 d抗压强度，试验数据见表9、图3。

由图3可得到以下结论：在恒温阶段，恒温时间越长，前期混凝土脱模强度越高，后期强度增长较缓，但恒温时间越长并不一定增强混凝土强度，与内部混凝土水化过程有关，8 h恒温养护条件下7 d和28 d强度增长比7 h和9 h养护时间下增长3.5 %和6.4 %。因蒸养养护恒温阶段宜选择8 h。

2.4 降温阶段对强度的影响

降温阶段是指是停止供气到揭开养护覆盖物的阶段。在降温过程中，降温梯度是关键，降温梯度不能太大，降温剧烈将使混凝土表面产生“裂缝”，降温温差不宜超过25 ℃/h，试验试块经过预养2 h、升温2 h，恒温8 h后，分别经过0.5 h、1 h、2 h降温，测定不同降温时间下试块的抗压强度，结果见表10、图4。

由图4可得结论：降温对混凝土强度的影响随着降温时间的延长，混凝土强度逐渐增大，在0.5 h降温强度发展较差，骤然降温导致混凝土内外温差较大，容易产生温度裂缝，因此降温时间宜适当延长，在不同的降温时间中2 h降温强度发展较好，从考虑强度发展规律降温时间宜选择2 h，由此可得各阶段的蒸养时间见图5。

3 结论

（1）通过正交试验对C30混凝土配合比的优化得出的最优组合是水胶比0.39，砂率38 %，矿物掺合料10 %。在蒸养制度下各个因素的排序是：水胶比对混凝土强度影响最大，矿物掺合料次之，砂率影响因素较小。

（2）通过对各阶段的时间控制得到合适的蒸养制度是：静停2 h，升温2 h，（60±5） ℃下恒温8 h，降温2 h，所得的混凝土脱模强度和前后期強度发展较好。

参考文献

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